Способ выщелачивания металлической меди Российский патент 2021 года по МПК C22B15/00 C22B3/08 C22B7/00 

Описание патента на изобретение RU2749961C1

Изобретение относится к способам растворения меди и может быть использовано для переработки вторичных отходов в виде медной стружки, крошки, шлаков, пыли или золы, в том числе электронного лома.

Для переработки вторичных медных отходов широко применяются процессы растворения металлической меди в сернокислых растворах, насыщенных кислородом (Химическая технология неорганических веществ. Кн. 1 / Т.Г. Ахметов, Р.Т. Ахметова, Л.Г. Гайсин, Л.Т. Ахметова, под ред. Т.Г. Ахметова. - Санкт-Петербург: Лань, 2016. - с. 168; 2. Лебедь, А.Б. Получение солей сульфата меди и никеля сернокислого на ОАО «Уралэлектромедь» / А.Б. Лебедь, Л.Ф. Акулич, С.С. Набойченко. - Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2015. - С. 14). Окисление металлической меди проводят барботажем воздухом (часто это обогащенный по кислороду воздух) при нагревании до 45-85°С. Недостатками этого процесса является высокая температура и продолжительность растворения, что связано с низкой растворимостью кислорода в растворах серной кислоты и его медленной диффузией к поверхности медных гранул.

Известен способ растворения меди, включающий в себя перевод меди в раствор азотной кислотой, отличающийся тем, что растворение меди ведут азотной кислотой с концентрацией не более 270 г/л при одновременной нейтрализации оксидов азота непосредственно в растворе по мере их образования предварительно введенным в раствор нитратом аммония, после чего проводят переработку полученных растворов. (Патент РФ №2243163). Для предотвращения выделения оксидов азота предлагается добавление нитрита аммония в количестве 100-300% от стехиометрии. К недостаткам этого способа относятся длительное время растворения меди (до 5 часов) и низкая степень растворения меди (до 72%) при порционном постепенном введении раствора азотной кислоты приводит. Кроме того, нитрит аммония, добавляемый для предотвращения выделения оксидов азота, ускоряет скорость коррозии металлических конструкций (Жук, Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н.П. Жук. - М: Металлургия, 1976. - С. 345).

Известен способ, включающий выщелачивание цементной меди в реакторе с мешалкой раствором серной кислоты при нагреве и аэрации воздухом и при наложении симметричного переменного тока промышленной частоты плотностью 3 А/см2 и выше (Патент РФ №2326950). Недостатками способа - проведение растворения в реакторе с мешалкой, что ограничивает ассортимент применяемых вторичных отходов. Вместе с тем, даже в оптимальных условиях при растворении мелкодисперсной цементной меди степень выщелачивания меди недостаточно высокая.

Наиболее близким является способ выщелачивания меди из медьсодержащего материала в растворе серной кислоты с добавкой окислителя при нагревании и наложении переменного тока промышленной частоты с использованием нерастворимых электродов, отличающийся тем, что выщелачивание ведут в режиме перколяции выщелачивающего сернокислого раствора через слой медьсодержащего материала, при этом контролируют и поддерживают содержание меди в выходящем растворе в пределах 20-30 г/дм3 регулированием расхода выщелачивающего раствора, причем в качестве окислителя используют раствор перекиси водорода с концентрацией 5-10% (Патент РФ №2578882). При этом процесс проводят в герметично закрытом реакторе, регулируя избыточное давление кислорода расходом раствора пероксида водорода.

Недостатки известного способа:

- сложность и потенциальная опасность процесса растворения, обусловленная неустойчивостью пероксида водорода, его способностью разлагаться в кислой среде на кислород и воду с выделением большого количества теплоты. Реакция разложения ускоряется в присутствии катализаторов - переходных металлов (медь, никель, кобальт и др.), а также повышении температуры, что может привести к неконтролируемому образованию кислорода, повышению давления в реакторе и к аварийным ситуациям - применение дорогостоящего оборудования для хранения пероксида водорода.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Технический результат заключается в повышении безопасности процесса растворения меди при использовании более стабильного окислителя и особых режимов выщелачивания, вторичное использование отработанного электролита и его утилизация, повышение скорости растворения меди.

Технический результат достигается тем, что способ выщелачивания металлической меди из медьсодержащего материала в растворе серной кислоты с добавкой окислителя при нагревании и наложении переменного тока промышленной частоты с использованием нерастворимых электродов, выщелачивание ведут в режиме перколяции выщелачивающего сернокислого раствора через слой медьсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве сернокислого раствора используют раствор состава 10 г/дм3 CuSO4 и 100 г/дм3 H2SO4, в качестве окислителя - азотную кислоту с концентрацией 56% при соотношении 2,7-3,3 моль HNO3 на 1 моль Cu, при этом оксиды азота, образующиеся по реакции, отводят с током азота через штуцер, расположенный на крышке электролизера.

Для выщелачивания меди в сернокислом растворе в качестве окислителя вместо пероксида водорода в данном случае предложено использовать более стабильный растворенный окислитель. Известно, что азотная кислота является сильным окислителем и растворяет медь, при этом с концентрированной азотной кислотой (массовая доля кислоты более 45%) реакция протекает по уравнению (1), а с разбавленной кислотой (массовая доля кислоты менее 40%) - по уравнению (2):

Сульфат меди, содержащийся в исходном растворе, оказывает каталитической действие на скорость растворения меди.

Для интенсификации процесса растворения меди, исключения образования токсичного диоксида азота по реакции (1) и обеспечения безопасности процесса рекомендуются следующие технологические особенности:

- азотная кислота добавляется в исходный раствор из расчета 2,7-3,3 моль HNO3 на 1 моль Cu;

- в качестве растворителя используется отработанный электролит - раствор, содержащий сульфат меди и серную кислоту;

- оксиды азота отдувают из реакционной массы током азота, который подается снизу электролизера;

- отходящие газы удаляются из электролизера через штуцер, вмонтированный в крышку электролизера.

При этом использование отработанного электролита позволяет вторично использовать его путем электроэкстракции для получения товарной катодной меди и решает вопрос утилизации отходов электролиза.

Способ осуществляют следующим образом.

Растворение медной крошки с размером частиц около 4×4×4 мм проводят в электролизере объемом 300 дм3. Нерастворимые графитовые электроды покрывают защитной пленкой из фторопласта Ф-4 ЭО. Концы электродов обнажают для контакта с медьсодержащим материалом. Расстояние между электродами - 4 см. В качестве источника питания, позволяющего плавно изменять напряжение на электродах, применяют лабораторный автотрансформатор SUNTEK ЛАТР 1000 ВА. Медную крошку засыпают на решетку, расположенную в нижней части электролизера. Электролизер заполняют раствором, содержащим 10 г/ дм3 CuSO4 и 100 г/дм3 H2SO4, предварительно нагретым до температуры 40-90°С. Азотную кислоту с концентрацией 56% добавляют в раствор из расчета 2,7-4,5 моль на 1 моль меди. Объем раствора 200 дм3. Раствор термостатируют. Подключают электроды к источнику питания. Выщелачивание ведут в режиме перколяции выщелачивающего сернокислого раствора через слой медьсодержащего материала при постоянном расходе азота с контролем давления в электролизере. Плотность тока на электродах составляет 2 А/см2. Электролиз проводят в течение 1 часа. Через штуцер, расположенный на крышке электролизера, оксиды азота вытесняют током азота в поглотительную склянку, заполненную 10%-ым раствором йодида калия. По окончании электролиза раствор декантируют. Осадок промывают, сушат на воздухе и взвешивают. Концентрацию сульфата меди в растворе определяют йодометрическим методом. По окончании опыта определяют содержание оксидов азота поглотительным фотометрическим методом с реактивом Грисса-Илосвая.

Примеры осуществления изобретения представлены в таблице.

Осуществление процесса растворения вторичной меди в растворе, содержащем 10 г/дм3 CuSO4 и 100 г/дм3 H2SO4, при наложении переменного тока промышленной частоты и использовании в качестве окислителя азотной кислоты обеспечивает безопасное проведение процесса (давление газов в электролизере постоянное и зависит от расхода азота) с получением раствора с содержанием ионов меди более 20 г/дм3 и отсутствии образования токсичного диоксида азота при соотношении HNO3/Cu, моль/моль 2,7-3,3.

Похожие патенты RU2749961C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕДИ 2013
  • Лобанов Владимир Геннадьевич
  • Мастюгин Сергей Аркадьевич
  • Ашихин Виктор Владимирович
  • Лебедь Андрей Борисович
  • Военков Роман Сергеевич
  • Краюхин Сергей Александрович
  • Королев Алексей Анатольевич
  • Игошин Артем Антонович
RU2578882C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ 2017
  • Винокуров Станислав Федорович
RU2667927C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА ИЗ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ 1996
  • Фурсов А.В.
  • Амбаров В.В.
  • Панченко А.Ф.
  • Чернов В.К.
RU2094496C1
СПОСОБ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ КОМПЛЕКСНЫХ РУД 1995
  • Роберт Н.О'Брайен[Ca]
RU2105824C1
СПОСОБ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Космухамбетов Александр Равильевич
RU2245378C1
СПОСОБ КУЧНОГО БАКТЕРИАЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФИДСОДЕРЖАЩЕЙ РУДЫ 2007
  • Панин Виктор Васильевич
  • Адамов Эдуард Владимирович
  • Крылова Любовь Николаевна
  • Каравайко Григорий Иванович
RU2339709C1
СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ МЕДИ 2003
  • Коцарь М.Л.
  • Дегтярева Л.В.
  • Сутягина Е.И.
  • Синегрибов В.А.
  • Черемных Г.С.
  • Агапитов В.А.
  • Зеленчев А.В.
  • Индык С.И.
RU2243163C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ 2001
  • Григорович М.М.
  • Сухих В.А.
RU2226559C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА НА ОСНОВЕ МЕДИ, СОДЕРЖАЩЕГО БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ 2011
  • Теляков Алексей Наильевич
  • Богуславский Александр Юрьевич
  • Сизяков Виктор Михайлович
RU2486263C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА, ОКСИДОВ МЕДИ И МЕДНОЙ ФОЛЬГИ 1996
  • Дэвид П.Бергесс
  • Венди М.Горт
  • Рональд К.Хейнс
  • Джэксон Г.Дженкинс
  • Стефен Дж.Кохат
  • Питер Пекхам
RU2134311C1

Реферат патента 2021 года Способ выщелачивания металлической меди

Изобретение относится к способам растворения меди и может быть использовано для переработки вторичных отходов в виде медной стружки, крошки, шлаков, пыли или золы, в том числе электронного лома. Металлическую медь из медьсодержащего материала выщелачивают в растворе серной кислоты с добавкой окислителя при нагревании и наложении переменного тока промышленной частоты с использованием нерастворимых электродов. Выщелачивание ведут в режиме перколяции выщелачивающего сернокислого раствора через слой медьсодержащего материала. В качестве сернокислого раствора используют отработанный электролит состава 10 г/дм3 CuSO4 и 100 г/дм3 H2SO4. В качестве окислителя используют азотную кислоту с концентрацией 56% при соотношении 2,7-3,3 моль HNO3 на 1 моль Cu. Оксиды азота, образующиеся по реакции, отводят с током азота через штуцер, расположенный на крышке электролизера. Способ обеспечивает повышение безопасности процесса растворения меди, а также вторичное использование отработанного электролита и его утилизацию, повышение скорости растворения меди. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 749 961 C1

Способ выщелачивания металлической меди из медьсодержащего материала в сернокислом растворе с добавкой окислителя при нагревании и наложении переменного тока промышленной частоты с использованием нерастворимых электродов, при этом выщелачивание ведут в режиме перколяции выщелачивающего сернокислого раствора через слой медьсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве сернокислого раствора используют отработанный электролит состава 10 г/дм3 CuSO4 и 100 г/дм3 H2SO4, а в качестве окислителя используют азотную кислоту с концентрацией 56% при соотношении 2,7-3,3 моль HNO3 на 1 моль Cu, при этом оксиды азота, образующиеся по реакции, отводят с током азота через штуцер, расположенный на крышке электролизера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2749961C1

СПОСОБ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕДИ 2013
  • Лобанов Владимир Геннадьевич
  • Мастюгин Сергей Аркадьевич
  • Ашихин Виктор Владимирович
  • Лебедь Андрей Борисович
  • Военков Роман Сергеевич
  • Краюхин Сергей Александрович
  • Королев Алексей Анатольевич
  • Игошин Артем Антонович
RU2578882C2
СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ МЕДИ 2003
  • Коцарь М.Л.
  • Дегтярева Л.В.
  • Сутягина Е.И.
  • Синегрибов В.А.
  • Черемных Г.С.
  • Агапитов В.А.
  • Зеленчев А.В.
  • Индык С.И.
RU2243163C2
ВСЕСО!<ЭЗНА>&1 0
  • Витель В. М. Гудкевкч, Ю. А. Добрецов, Т. И. Кийко, Л. А. Миркин, Л. А. Салтовска Ю. А. Сорокина
SU379659A1
US 3933478 A1, 20.01.1976
Газоводяная силовая установка для передвижения судов 1925
  • Землянников Н.Ф.
SU10942A1

RU 2 749 961 C1

Авторы

Мухортова Любовь Ивановна

Насакин Олег Евгеньевич

Еремкин Алексей Владимирович

Глушков Игорь Владимирович

Даты

2021-06-21Публикация

2020-10-27Подача